一种多级光催化抗菌膜反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种多级光催化抗菌膜反应器，包括反应池，反应池被竖直设置的滤网分隔为一级净化池和二级净化池，二级净化池内设有光源，二级净化池内设有光催化反应凝胶膜，光催化反应凝胶膜包含光催化反应位点和极性基团，光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域，强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负，强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位，强吸附极性基团区域由强吸附极性基团构成或由弱吸附极性基团集聚构成。本发明专利技术的多级光催化抗菌膜反应器对污水中微粒、细菌、胶体和有毒物质进行了深化处理，降解了污水中的大部分有机物，实现了污水的高效净化处理，有极好的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种多级光催化抗菌膜反应器
本专利技术属于污水处理领域，涉及一种多级光催化抗菌膜反应器。
技术介绍
近年来，随着我国经济飞速发展，同时伴随着人口的持续增长，大量污染物被排入河流湖泊等地表水生态系统中，导致流域生态环境遭到破坏，严重制约经济社会的可持续发展，影响人们的生活质量。污水处理技术及其工程应用已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。针对水污染问题，传统处理方法包括氧化法、吸附法和生物法。氧化法主要分为液氯消毒、二氧化氯消毒以及臭氧氧化技术。氧化法的主要原理是氧化性分子侵入细菌内部，在细菌内部通过氧化作用破坏细菌的酶系统使细菌死亡，从而达到净水的目的。但该方法需将强氧化性分子投入水中，极易造成水源的二次污染。生物预处理技术是在常规给水处理工艺流程之前或在处理过程中，利用微生物对水中有机污染物进行代谢分解，使之无机化。生物预处理能够显著地去除水中氨氮，对有机污染物净化效果较好。但对于受工业废水污染且可生化性较低的污水，生物预处理除污效率较低。膜生物反应器为污水处理提供了一种新的技术方案，膜生物反应器主要由膜组件、泵和生物反应器三部分组成，它利用膜分离取代传统活性污泥处理工艺中的沉淀池，大大提高了系统固液分离的能力，从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度的提升。膜生物反应器主要有两种形式：分置式膜生物反应器和一体式膜生物反应器。目前一体式膜生物反应器因具有能耗较低和占地紧凑等优点在水处理中应用较为广泛。常见的一体式膜反应器的反应膜是通过将催化材料混合进固定的载体中形成的，如将催化材料嵌入玻璃、不锈钢、纤维或碳纳米管等，但这些固载方法都有着各种各样的问题，如催化剂容易剥离、兼容性差以及复合材料的柔韧性差等，例如专利CN103936097A公开了一种钙钛矿/多糖复合光催化剂降解甲基橙的方法，其制备方法复杂，且需要700℃的高温下制备催化剂，同时虽然文中没有提及复合材料的稳定性，但这种状态下的无机粒子与高分子材料的相容性差，催化剂十分容易脱落，很难重复利用。因此，研究一种能够重复利用的、催化效率高且负载的催化剂不易脱落的光催化抗菌膜反应器具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题，提供一种能够重复利用的、催化效率高且负载的催化剂不易脱落的光催化抗菌膜反应器具有十分重要的意义。一种多级光催化抗菌膜反应器，包括反应池，反应池被竖直设置的滤网分隔为一级净化池和二级净化池，二级净化池内设有光源，二级净化池内设有光催化反应凝胶膜；所述光催化反应凝胶膜包含光催化反应位点和极性基团，所述光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域，光催化反应凝胶膜中强吸附极性基团区域以外的区域为非强吸附极性基团区域；所述强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负；所述强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位；所述强吸附极性基团区域由强吸附极性基团构成或由弱吸附极性基团集聚构成。作为优选的技术方案：如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述一级净化池的底部填装有活性炭过滤层，一级净化池底部连通有进污水管和气动管，气动管的外端连接鼓气泵，气动管穿入一级净化池的部分开设曝气孔。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述光催化反应凝胶膜四周封装有多根集水管，所述集水管与出水管连接，所述出水管末端连接蠕动泵，蠕动泵设有出水口。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述进污水管的末端埋入所述活性过炭滤层；所述气动管设置在进污水管的上方；所述二级净化池上方安有LED模拟光源。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述光催化反应凝胶膜的纯水膜通量为100～200L·m-2·h-1，污水通量为20～50L·m-2·h-1；多级光催化抗菌膜反应器在LED模拟光源的照射下，可实现对细菌/超级细菌的杀灭，杀菌效率高，所述多级光催化抗菌膜反应器在10～100W的LED氙灯下照射5～10min后，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的存活率为0.5～5.0％，耐药性的超级细菌如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐万古霉素肠球菌的存活率为5～10％。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述弱吸附极性基团与非强吸附极性基团区域的极性基团为相同的极性基团。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述光催化反应凝胶膜主要由基材和光催化反应体系组成；所述基材为具有孔隙的网状凝胶，所述基材上含有吸附位点，所述基材的吸附位点吸附光催化反应体系并将其固定在孔隙内；所述基材含有非强吸附极性基团；所述光催化反应体系含有极性基团和光催化反应位点，光催化反应体系中的极性基团为强吸附极性基团或弱吸附极性基团。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述光催化反应凝胶膜中光催化反应体系的含量为2.37～2.47wt％；光催化反应体系含量低，则催化剂含量低，过低的催化剂添加量导致复合薄膜的光催化性能低，同时由于催化剂本身具有一定的颜色，过高的催化剂添加量会使得薄膜的颜色过深，对于光的吸收和转化变弱，同样会影响光催化的性能。所述基材为吸水率为88～92％的高分子水凝胶薄膜，所述高分子水凝胶薄膜的材质为海藻酸钠、海藻酸钾、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钾、单羧基壳聚糖、单羧基壳聚糖钠、香菇多糖、香菇多糖钠、木糖、木糖钠或羧甲基淀粉；所述非强吸附极性基团为-COO-。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，光催化反应体系为胶束包覆的纳米粒子聚集体，稳定性由ζ电位判定，当其绝对值大于30mV，为稳定的胶束体系，所述光催化反应体系主要由催化剂和包裹层组成，包裹层包裹在催化剂的表面，所述催化剂表面含有光催化反应位点，所述包裹层形成强吸附极性基团区域，所述催化剂与包裹层的质量比为1.40～12.46:100。所述催化剂为纳米银、纳米二氧化钛、纳米氧化锌或掺杂纳米二氧化钛，所述催化剂的平均粒径为：纳米银6～22nm，纳米二氧化钛、纳米氧化锌或掺杂纳米二氧化钛10～30nm。如上所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，所述包裹层由游离的油酸铵络合物的烷基链与吸附在催化剂表面的油酸铵络合物的烷基链相互穿插形成；所述光催化反应体系中的极性基团为油酸铵端基电离形成的基团。专利技术机理：本专利技术中污水先经过一级净化池中的活性炭过滤层初步吸附，同时污水由一级净化池进入二级净化池时，滤网会截留大颗粒悬浮物，进入二级净化池后，二级净化池内设有光催化反应凝胶膜，光催化反应凝胶膜中非强吸附极性基团区域为吸附-富集区域，可吸附并储存大量分散环境下的有机污染分子，强吸附极性基团区域为吸附-反应区域，可吸附并催化有机污染分子降解，当光催化反应位点上的有机污染分子反应完成后，由于强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位，薄膜载体上非强吸附极性基团区域吸附的有机污染物分子在浓度梯度和静电引力的作用下，可自发迁移到强吸附极性基团区域包裹的光催化反应位点上，达到继续进行反应的效果，极大的提高了反应效率，从而使得本专利技术通过二级净化池达到对污水中微粒、细菌、胶体和有毒物质进行深化处理的目的，降解了污水中的大部分有机物，实现了污水的高效净化处理。有益效果：(1)本专利技术的多级光催化抗菌膜反应器，在光催化反应体系中，凝胶薄膜材料具有富集和储存的作用，相较于水溶液环境下直接进行反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级光催化抗菌膜反应器，包括反应池，反应池被竖直设置的滤网分隔为一级净化池和二级净化池，二级净化池内设有光源，其特征是：二级净化池内设有光催化反应凝胶膜；所述光催化反应凝胶膜包含光催化反应位点和极性基团，所述光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域；所述强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负；所述强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位；所述强吸附极性基团区域由强吸附极性基团构成或由弱吸附极性基团集聚构成。

【技术特征摘要】
1.一种多级光催化抗菌膜反应器，包括反应池，反应池被竖直设置的滤网分隔为一级净化池和二级净化池，二级净化池内设有光源，其特征是：二级净化池内设有光催化反应凝胶膜；所述光催化反应凝胶膜包含光催化反应位点和极性基团，所述光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域；所述强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负；所述强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位；所述强吸附极性基团区域由强吸附极性基团构成或由弱吸附极性基团集聚构成。2.根据权利要求1所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，其特征在于，所述一级净化池的底部填装有活性炭过滤层，一级净化池底部连通有进污水管和气动管，气动管的外端连接鼓气泵，气动管穿入一级净化池的部分开设曝气孔。3.根据权利要求1所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，其特征在于，所述光催化反应凝胶膜四周封装有多根集水管，所述集水管与出水管连接，所述出水管末端连接蠕动泵，蠕动泵设有出水口。4.根据权利要求2所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，其特征在于，所述进污水管的末端埋入所述活性过炭滤层；所述气动管设置在进污水管的上方；所述二级净化池上方安有LED模拟光源。5.根据权利要求2所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，其特征在于，所述光催化反应凝胶膜的纯水膜通量为100～200L·m-2·h-1，污水通量为20～50L·m-2·h-1；所述多级光催化抗菌膜反应器在10～100W的LED氙灯下照射5～10min后，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的存活率为0.5～5.0％，耐药性的超级细菌的存活率为5～10％。6.根据权利要求1所述的一种多级光催化抗菌膜反应器，其特征在于，所述弱吸附极性基团与非强吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾，纪晓寰，朱美芳，曾婷，杨升元，邓锋，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31